Uncertain outcomes of geotechnical work illustrated with the example of a road tunnel

This paper presents a number of factors which influence the design and construction of a geotechnical structure, i.e. a road tunnel. For this type of structure, it is necessary to thoroughly examine the geological conditions and the properties of the rock mass. Research carried out on the basis of drilling gives only local results, which consequently only provides an estimated description of the characteristics and properties of the rock mass

Underground monitoring as the best way of roadways support design validation in a long time period

Purpose. The aim of this paper is to show the importance of geotechnical monitoring in assessing stability of an underground excavation. Every mining excavation is designed on the basis of limited geotechnical data and with some physical assumptions. Methods. The monitoring in the brought up herein cases covered the rock mass and the support, and was carried out over a period of 6 years. Three long-term roadways in the hard coal mine, and with different support schemes, were studied. The monitoring methods included: convergence measurements, roof bed separation control, load on standing support and load on bolts. Findings. The obtained results of the displacements of the roof rocks were highly affected by the type of the used support, roof stratification, and a rock strength. The more cracked and stratified were the roof rocks the stronger was the separation and the movement towards the excavation. The steel arch support sets with the bullflex bags lining can restrain this effect, but not the roof bolting with strand bolts grouted segmentally deep in the roof. Originality. Rock mass and support monitoring of such a large scope, which was the subject of this research, is very seldom carried out in underground mining. Moreover, it was conducted over an exceptionally long period of six years. Five different techniques were used to assess the roadway’s stability. Such a long-term monitoring and investigation allowed to find the relationships between the support scheme of the excavation and the rock mass movements around it. Practical implications. A long-term monitoring allowed for a development of the deformation characteristics of the rock mass, defining the time of secondary equilibrium, and determination of the strain of the support elements. This, in turn, allowed for a verification of the correctness of selection of the support, installed in specific mining and geological conditions.Мета. Проведення комплексного геотехнічного моніторингу для оцінки стійкості підземної гірничої виробки у складних умовах з обмеженою кількістю геотехнічних даних і певним фізичними припущеннями. Методика. Проведено моніторинг стану гірського масиву і кріплення виробки протягом 6 років. Були вивчені 3 виробки кам’яновугільної шахти різних конструкцій, які довгий час перебували в експлуатації. Методи моніторингу включали: вимірювання осідання, контроль за відстанню між покрівлею і підошвою, вимір навантаження на вертикальні опори і на кріплення. Використовувалося наступне обладнання: ендоскопічна камера, акустичні екстензометри, кріплення з вмонтованою вимірювальною апаратурою та гідравлічні динамометри. Результати. Встановлено, що зміщення порід покрівлі у значній мірі визначається типом використовуваного кріплення, розшаруванням і міцністю порід покрівлі. Зі збільшенням тріщинуватості та шаруватості порід покрівлі сильніше проявляється розшарування пласта й переміщення порід у напрямку виробки. Визначено, що сталеві арочні кріпильні стійки, амортизовані надувними мішками Bullflex, пом’якшують вищевказаний ефект, при цьому анкерне кріплення не дає подібного результату. Підтверджено ефективність опорної конструкції обраного типу кріплення з урахуванням межі безпеки, а її несуча здатність у всіх випадках була 23-49%. Аналіз збіжності показав, що зміни за висотою і шириною виробки в часі можуть бути описані з точністю до 90% квадратичною функцією. Наукова новизна. Встановлено взаємозв’язок між схемою кріплення виробки і рухливістю навколишнього її породного масиву, що дозволило дати кількісно-якісну оцінку стійкості виробки на підставі вельми тривалого 6-річного геотехнічного моніторингу. Практична значимість. Отримані характеристики деформацій породного масиву, час вторинної рівноваги і напружень елементів кріплення в результаті довготривалого моніторингу підтвердили правильність вибору типу кріплення. Результати моніторингу корисні для зворотного аналізу фізичної моделі та прийнятих в ній параметрів, які згодом можуть використовуватися для побудови чисельної моделі.Цель. Проведение комплексного геотехнического мониторинга для оценки устойчивости подземной горной выработки в сложных условиях с ограниченным количеством геотехнических данных и определенным физическими допущениями. Методика. Проведено мониторинг состояния горного массива и крепления выработки в течение 6 лет. Были изучены 3 выработки каменноугольной шахты различных конструкций, которые долгое время находились в эксплуатации. Методы мониторинга включали: измерения оседания, контроль за расстоянием между кровлей и почвой, измерение нагрузки на вертикальные опоры и на крепь. Использовалось следующее оборудование: эндоскопическая камера, акустические экстензометры, крепь с вмонтированной измерительной аппаратурой и гидравлические динамометры. Результаты. Установлено, что смещение пород кровли в значительной степени определяется типом используемой крепи, расслоением и прочностью пород кровли. С увеличением трещиноватости и слоистости пород кровли сильнее проявляется расслаивание пласта и подвижка пород в направлении выработки. Определено, что стальные арочные крепежные стойки, амортизированные надувными мешками Bullflex, смягчают вышеуказанный эффект, при этом анкерное крепление не дает подобного результата. Подтверждена эффективность опорной конструкции выбранного типа крепи с учетом предела безопасности, а ее несущая способность во всех случаях была 23-49%. Анализ сходимости показал, что изменения по высоте и ширине выработки во времени могут быть описаны с точностью до 90% квадратичной функцией. Научная новизна. Установлена взаимосвязь между схемой крепи выработки и подвижностью окружающего ее породного массива, что позволило дать количественно-качественную оценку устойчивости выработки на основании весьма длительного 6-летнего геотехнического мониторинга. Практическая значимость. Полученные характеристики деформаций породного массива, время вторичного равновесия и напряжения элементов крепи в результате долговременного мониторинга подтвердили правильность выбора типа крепи. Результаты мониторинга полезны для обратного анализа физической модели и принятых в ней параметров, которые впоследствии могут использоваться для построения численной модели.The authors express their gratitude to the management of JSW S.A. coal mines for their help in organizing the experimental research

Analiza warunków geotechnicznych w otoczeniu tunelu drogowego w Lalikach

Tyt. z nagłówka.Bibliografia s. [255].Dostępny również w formie drukowanej.ABSTRACT: The geotechnical conditions accepted for the project of Laliki road tunnel and real conditions observed during its drifting were shown in the paper. The results comparison points, that it was estimating discrimination and differed from the real geology. It concerns most of all lithology, a layers dip and present geological discontinuities. The effectiveness of a temporary support was evaluated with the help of convergence measurements. They were carried on in three different planes by surveying. Authors did the analysis of these results in a characteristic geological cross-sections with three types of rock mass there: with predominance of sandstones, predominance of sandstones, predominance of laminated shales and predominance of shales. The analysis allowed to verify an empirical formulas for estimating the vertical displacement in Carpathian flysch rocks. It was found that the exponential function can anticipate subsidence of benchmarks fixed to the tunnel contour quite precisely. The correlation ratio is 92%. KEYWORDS: tunnel drifting, carpathian flysch, evaluation geotechnical condition, convergence measurement. STRESZCZENIE: W artykule scharakteryzowano warunki geotechniczne przyjęte w projekcie oraz uzyskane w trakcie drążenia tunelu drogowego w Lalikach. Porównanie tych wyników wskazuje, że rozeznanie było szacunkowe i odbiegało od rzeczywistych warunków występujących w trakcie drążenia. Dotyczy to przede wszystkim litologii, upadu warstw oraz przebiegu nieciągłości. Skuteczność pracy obudowy wstępnej określano za pomocą pomiarów konwergencji metodami geodezyjnymi w trzech różnych płaszczyznach. Analizie poddano wyniki badań dla trzech charakterystycznych pod względem litologii masywu przekrojów, gdzie stwierdzono przeważający udział warstw piaskowców, łupków ilastych i łupków ilastych laminowanych. Analiza pozwoliła na zweryfikowanie opracowanych dla fliszu karpackiego zależności empirycznych, określających całkowite osiadania reperów zainstalowanych w stropie drążonego tunelu. Funkcja wykładnicza uzależniająca dynamikę osiadań od czasu wydrążenia tunelu najdokładniej prognozuje wielkość możliwych przemieszczeń pionowych konturu tunelu, wykazując współczynnik korelacji r2 równy ok. 92%. SŁOWA KLUCZOWE: drążenie tunelu, flisz karpacki, ocena warunków geotechnicznych, konwergencja tunelu

Zagrożenia gazodynamiczne w kopalniach Jastrzębskiej Spółki Węglowej SA

Tyt. z nagłówka.Bibliografia s. 383-384.Dostępny również w formie drukowanej.STRESZCZENIE: Zjawiska gazodynamiczne stanowią w podziemnych kopalniach węgla jedno z największych zagrożeń dla życia i zdrowia górników. W artykule przedstawiono czynniki wpływające na występowanie zjawisk gazodynamicznych oraz objawy wskazujące na możliwość wystąpienia takich zjawisk w kopalniach węgla. Przedstawiono skrótowo opis zdarzeń wyrzutów metanu i skał, jakie zaistniały w kopalniach Jastrzębskiej Spółki Węglowej, ze szczególnym uwzględnieniem KWK "Zofiówka" i KWK "Pniówek". Opisano okoliczności wyrzutu metanu i skał zaistniałego w dniu 22 listopada 2005 r. w KWK "Zofiówka" w chodniku transportowym D-6 pokład 409/4 oraz kierunki działań podjętych po przedmiotowym zdarzeniu. SŁOWA KLUCZOWE: zjawiska gazodynamiczne, skutki wyrzutów gazu. ABSTRACT: Gasodynamic phenomena are one of the most serious life and health threats for miners working in the underground coal mines. The paper presents factors affecting the occurrence of gasodynamic phenomena as well as symptoms indicating a possibility of occurrence of such phenomena in coal mines. The descriptions of methane and rock bursts, which occurred in the mines of the Jastrzębie Coal Company (especially in the "Zofiówka" and "Pniówek" coal mines), are briefly presented in the paper. Circumstances of methane and rock burst occurring on 22 November 2005 in the "Zofiówka" Coal Mine (D-6 transport heading, 409/4 seam) as well as particular measures taken after the burst are thoroughly analysed in this paper. KEYWORDS: gasodynamics phenomenas, effects of outburst

Badania obciążeń obudowy w wybranych wyrobiskach korytarzowych

Tyt. z nagłówka.Bibliogr. s.298.Dostępny również w formie drukowanej.STRESZCZENIE: W artykule przedstawiono wyniki pomiarów obciążeń obudowy wyrobisk korytarzowych, jakie uzyskano w kilku kopalniach węgla kamiennego. Wyrobiska zlokalizowane były w różnych warunkach górniczo-geologicznych. Pomiar obciążenia pochodzącego od spękanych skał stropowych oraz ociosowych w obrębie wyrobisk prowadzono za pomocą dynamometrów hydraulicznych oraz kotwi oprzyrządowanych. Badania te umożliwiły ocenę obciążeń nie tylko na konturze wyrobiska, ale także w pakiecie skał zalegających bezpośrednio nad wyrobiskiem. SŁOWA KLUCZOWE: obciążenie obudowy wyrobisk korytarzowych, dynamometry, kotwie oprzyrządowane. ABSTRACT: The paper presents the results of support loading measurements. The results come from a few dog-headings Polish hard coal mines. There were different mining-geological conditions around workings, where research were carried out. Loading from the fractured zone in the roof and sides of the support was measured by hydraulic dynamometers and instrumented bolts. These research enabled the loading estimation of the workings' support not only in the heading outline but in the direct roof layers as well. KEYWORDS: loading of dog-headings' support, dynamometers, instrumented bolts

Określenie lokalizacji chodnika przyścianowego w warunkach oddziaływania zrobów w pokładzie niżej leżącym

Tyt. z nagłówka.Bibliografia s. 307Dostępny również w formie drukowanej.ABSTRACT: The paper presents the results of numerical calculations considering the gangway location during the drifting in the active roof fall zone of the underlaying seam. These calculations were the base of changing the gangway location in relation to the goaf. The presented solution is both safe and economical. Nowadays mining works points that this proposal of changing the gangway location influenced by the goaf zone is correct. KEYWORDS: mining, geomechanics, stability of excavations. STRESZCZENIE: W artykule przedstawiono wyniki obliczeń numerycznych dotyczących lokalizacji chodnika przyścianowego, którego drążenie planowane było w czynnej strefie zawałowej pokładu niżej leżącego. Uzyskane wnioski stanowiły podstawę do odsunięcia chodnika od zrobów z zachowaniem jak najmniejszych strat, a jednocześnie zachowując warunki bezpieczeństwa. Prowadzone dotychczas roboty górnicze wskazują, że podana propozycja położenia chodnika przyścianowego względem zrobów była słuszna. SŁOWA KLUCZOWE: geomechanika, górnictwo, stateczność wyrobisk

Strata control in underground tunnels - perspectives for development

Tyt. z nagłówka.Bibliografia s.75-76.Dostępny również w formie drukowanej.ABSTRACT: The paper constitutes a review of support systems of underground tunnels used in Polish coal mines. Taking the tendency to rationalise costs of tunnel drivage into consideration, new directions of strata control development are suggested, especially in terms of increasing spacing between support units and their reinforcement. The authors wrap up the discourse with their conclusions as well as share their experiences gained from monitoring interaction between support and rock mass. STRESZCZENIE: W artykule dokonano przeglądu schematów obudowy wyrobisk korytarzowych stosowanych w polskich kopalniach węgla kamiennego. Uwzględniając tendencje w zakresie ograniczania kosztów wykonywania wyrobisk, przedstawiono nowe kierunki w rozwoju obudowy, zwłaszcza w zakresie jej rozrzedzania i wzmacniania. Artykuł kończą zebrane przez autorów wnioski oraz doświadczenia z kontroli współpracy obudowy z górotworem. KEYWORDS: underground tunnel, support system, support design, reinforcement of support SŁOWA KLUCZOWE: wyrobiska korytarzowe, obudowa, projektowanie, rozrzedzanie obudowy, wzmacnianie obudowy

Changes to the range of exploitation impact when mining the next coal deposit on the basis of geodetic measurements

Tyt. z nagł.Bibliogr. s. 229-[230].Prognozowanie wskaźników deformacji powierzchni terenu wywołanych eksploatacją górniczą jest zagadnieniem skomplikowanym, uzależnionym od wielu czynników. Najważniejsze z nich to między innymi zmienne warunki geologiczne oraz zmieniająca się sytuacja górnicza przy wielopokładowej eksploatacji. Stosowana z dużym powodzeniem teoria Budryka-Knothego wymaga przyjęcia odpowiednich parametrów teorii takich jak kąt zasięgu wpływów głównych czy współczynnik eksploatacji. Realizowane jest to najczęściej w oparciu o pomiary geodezyjne. Przedstawiona w artykule analiza pomiarów geodezyjnych na linii obserwacyjnej wskazuje, że podczas eksploatacji kolejnego pokładu zmienia się kąt zasięgu wpływów głównych oraz wzrasta współczynnik eksploatacji.Forecasting deformation factors of land surface caused by mining exploitation is a complex issue, depending on many factors. The most important of them include variable geological condition, and the changing mining situation of the multi-layer exploitation. The successfully applied Budryk-Knothe theory requires the adoption of appropriate theory parameters, such as angle of main impact range or exploitation factor. This is usually carried out based on geodetic measurements. The analysis of geodetic measurements on the observation line, as presented in the article, indicates that during the exploitation of consecutive deposit, the angle of major impact range changes, and the exploitation factor grows.Dostępny również w formie drukowanej.SŁOWA KLUCZOWE: geomechanika, eksploatacja podziemna, teren górniczy, deformacje powierzchni. KEYWORDS: geomechanics, underground exploitation, mining area, surface deformations

The Impact of Multiple Seam Mining Exploitations on Seismic Activity and State of Stress

The paper presents an analysis of seismic activity for selected areas of hard coal mine executing exploitation in a rock mass with a variable degree of rock disturbance, i.e., also with a varied number of previous mined-out seams. A distribution of vertical stress and a value of vertical stress concentration coefficient were also determined in the strata of immediate roof of the seams planned for mining. In the analyzed case, despite the lack of thick and solid strata of sandstones in the roof, the rock mass emits seismic activity, where the energy largely depends upon an impact of exploitation edges and tectonic disturbance

Influence of the intensity of mining and degree of rock mass disturbance on the value of the exploitation coefficient

W artykule przedstawiono analizę wartości współczynnika eksploatacji przeprowadzoną w jednym z rejonów Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Analizie poddane zostały obszary, w których zróżnicowana była intensywność eksploatacji. Wartości współczynników eksploatacji wyznaczono z dopasowania krzywej obniżeń pomierzonych, a także na podstawie równania regresji wynikającego z cech górotworu w jakim prowadzona jest działalność wydobywcza. Górotwór w analizowanych obszarach scharakteryzowano przez miąższość i rodzaj warstw nadkładu, rodzaj warstw karbonu, głębokość eksploatacji oraz stopień naruszenia górotworu wcześniej dokonaną eksploatacją. Ocenie poddano wartość współczynników eksploatacji dla przypadków charakteryzujących się różnym stopniem zruszenia górotworu.This paper presents an analysis of the value of the exploitation coefficient carried out in one of the regions of Upper Silesian Coal Basin. The analysis covered areas where the intensity of exploitation varied. Values of exploitation coefficients were determined from the adjustment of the curve of subsidence as well as on the basis of the regression equation resulting from the features of the rock mass in which the mining activity is carried out. The rock mass in the analyzed areas was characterized by thickness and type of the overburden strata, type of Carboniferous strata, depth of exploitation and rock mass disturbance by previously performed exploitation. The value of exploitation coefficients was evaluated for cases characterized by varying rock mass disturbance